實驗十一固體試樣的質譜測定

1、實驗十一、固體試樣的質譜測定 直接進樣法一、實驗目的1. 學習質譜分析的基本原理；2. 了解Quattro Micro API質譜儀的基本構造、工作原理及操作方法；3. 學習質譜圖解析的基本方法。二、實驗原理質譜分析法主要是通過對樣品的離子的質荷比的分析而實現(xiàn)對樣品進行定性和定量的一種方法。因此，質譜儀都必須有電離裝置把樣品電離為離子，有質量分析裝置把不同質荷比的離子分開，經(jīng)檢測器檢測之后可以得到樣品的質譜圖，由于有機樣品，無機樣品和同位素樣品等具有不同形態(tài)、性質和不同的分析要求，所以，所用的電離裝置、質量分析裝置和檢測裝置有所不同。但是，不管是哪種類型的質譜儀，其基本組成是相同的。都包括離子

2、源、質量分析器、檢測器和真空系統(tǒng)。離子源的作用是將欲分析樣品電離，得到帶有樣品信息的離子。質譜儀的離子源種類很多，有電子電離源，化學電離源，快原子轟擊源，電噴霧源，大氣壓化學電離源等，實驗室Quattro Micro API質譜儀配備的電離源為電噴霧源和大氣壓化學電離源。電噴霧源（ESI）是近年來出現(xiàn)的一種新的電離方式。它主要應用于液相色譜-質譜聯(lián)用儀。它既作為液相色譜和質譜儀之間的接口裝置，同時又是電離裝置。它的主要部件是一個多層套管組成的電噴霧噴咀。最內層是液相色譜流出物，外層是噴射氣，噴射氣常采用大流量的氮氣，其作用是使噴出的液體容易分散成微滴。另外，在噴嘴的斜前方還有一個補助氣噴咀，補

3、助氣的作用是使微滴的溶劑快速蒸發(fā)。在微滴蒸發(fā)過程中表面電荷密度逐漸增大，當增大到某個臨界值時，離子就可以從表面蒸發(fā)出來。離子產(chǎn)生后，借助于噴嘴與錐孔之間的電壓，穿過取樣孔進入分析器。加到噴嘴上的電壓可以是正，也可以是負。通過調節(jié)極性，可以得到正或負離子的質譜。其中值得一提的是電噴霧噴嘴的角度，如果噴嘴正對取樣孔，則取樣孔易堵塞。因此，有的電噴霧噴嘴設計成噴射方向與取樣孔不在一條線上，而錯開一定角度。這樣溶劑霧滴不會直接噴到取樣孔上，使取樣孔比較干凈，不易堵塞。產(chǎn)生的離子靠電場的作用引入取樣孔，進入分析器。電噴霧電離源是一種軟電離方式，即便是分子量大，穩(wěn)定性差的化合物，也不會在電離過程中發(fā)生分解

4、，它適合于分析極性強的大分子有機化合物，如蛋白質、肽、糖等。電噴霧電離源的最大特點是容易形成多電荷離子。這樣，一個分子量為10000 Da的分子若帶有10個電荷，則其質荷比只有1000 Da，進入了一般質譜儀可以分析的范圍之內。根據(jù)這一特點，目前采用電噴霧電離，可以測量分子量在300000Da以上的蛋白質。大氣壓化學電離源（APCI）它的結構與電噴霧源大致相同，不同之處在APCI噴嘴的下游放置一個針狀放電電極，通過放電電極的高壓放電，使空氣中某些中性分子電離，產(chǎn)生H3O+，N2+，O2+ 和O+ 等離子，溶劑分子也會被電離，這些離子與分析物分子進行離子-分子反應，使分析物分子離子化，這些反應過

5、程包括由質子轉移和電荷交換產(chǎn)生正離子，質子脫離和電子捕獲產(chǎn)生負離子等。大氣壓化學電離源主要用來分析中等極性的化合物。有些分析物由于結構和極性方面的原因，用ESI不能產(chǎn)生足夠強的離子，可以采用APCI方式增加離子產(chǎn)率，可以認為APCI是ESI的補充。APCI主要產(chǎn)生的是單電荷離子，所以分析的化合物分子量一般小于1000 Da。用這種電離源得到的質譜很少有碎片離子，主要是準分子離子。質量分析器的作用是將離子源產(chǎn)生的離子按m/z順序分開并排列成譜。用于有機質譜儀的質量分析器有磁式雙聚焦分析器，四極桿分析器，離子阱分析器，飛行時間分析器，回旋共振分析器等。本實驗室用到的是三重四級桿分析器質譜儀的檢測主

6、要使用電子倍增器，也有的使用光電倍增管。由四極桿出來的離子打到高能打拿極產(chǎn)生電子，電子經(jīng)電子倍增器產(chǎn)生電信號，記錄不同離子的信號即得質譜。信號增益與倍增器電壓有關，提高倍增器電壓可以提高靈敏度，但同時會降低倍增器的壽命，因此，應該在保證儀器靈敏度的情況下采用盡量低的倍增器電壓。由倍增器出來的電信號被送入計算機儲存，這些信號經(jīng)計算機處理后可以得到色譜圖，質譜圖及其它各種信息。為了保證離子源中燈絲的正常工作，保證離子在離子源和分析器正常運行，消減不必要的離子碰撞，散射效應，復合反應和離子-分子反應，減小本底與記憶效應,因此，質譜儀的離子源和分析器都必須處在優(yōu)于10-5 mbar的真空中才能工作。也

7、就是說，質譜儀都必須有真空系統(tǒng)。一般真空系統(tǒng)由機械真空泵和擴散泵或渦輸分子泵組成。機械真空泵能達到的極限真空度為10-3 mbar，不能滿足要求,必須依靠高真空泵。擴散泵是常用的高真空泵，其性能穩(wěn)定可靠，缺點是啟動慢，從停機狀態(tài)到儀器能正常工作所需時間長；渦輪分子泵則相反，儀器啟動快，但使用壽命不如擴散泵。但由于渦輪分子泵使用方便，沒有油的擴散污染問題，因此，近年來生產(chǎn)的質譜儀大多使用渦輪分子泵。渦輪分子泵直接與離子源或分析器相連，抽出的氣體再由機械真空泵排到體系之外。本實驗采用直接進樣法測定對羥基苯甲酸乙酯的電噴霧質譜。三、實驗儀器及試劑1. Quattro Micro API質譜儀2. 超

8、聲波3. 針頭式過濾器4. 甲醇色譜純5. 對羥基苯甲酸乙酯分析純四、實驗條件1. 電離方式：ESI -； Capillary(kV)：-3.0； Cone(V)：-15，-20，-25； RF Lens(V)： -0.1; Sourse Temp()：80； Desolvation Temp ()：120； Gas Flow(L/h)：450; LM Resolution1：15； HM Resolution1：15；Ion Energy1：0.5；Entrance：50；Collision：2；Exit：50；LM Resolution2：15； HM Resolution2：15；Ion

9、 Energy2：0.5；ultiplier：650；質荷比掃描范圍：50 250五、實驗操作步驟及內容1. 打開氮氣、氬氣瓶開關，檢查氮氣、氬氣壓力是否符合要求：氮氣=0.7MPa，2. 檢查儀器電源是否與不間斷電源連接(電源中線接地,電流需13A)。3. 依次打開顯示器，計算機主機，打印機，質譜儀左下角電源開關，三分鐘后待質譜儀發(fā)出“嘀”聲，表示質譜儀自檢完成。4. 雙擊“Masslynx V4.0”圖標進入Masslynx主菜單。5. 點擊“MS Tune”進入Quattro Micro儀器調諧窗口，點擊菜單欄“Ion Mode”，選擇離子模式，點擊菜單欄“Options”，選“Pump

10、”，質譜儀進入抽真空狀態(tài)，當達到工作真空（<10-4）質譜儀面板上的Vaccum燈由橙變綠色，且離子源開始加熱。待離子源溫度達到設定值后,點擊菜單欄中的API gas圖標, 打開氮氣閥,點擊Operate圖標打開儀器的高壓電源, 在內置蠕動泵上用注射器官注入調節(jié)儀器的標準樣品, 點擊Syinge Pump 開始蠕動泵進樣,然后進行調節(jié)儀器.6. 調節(jié)靈敏度，可通過調電離源參數(shù)使儀器靈敏度達到最佳。在ES/ES Sourse項下，通過設定Capillary(kv)；Cone(V)；Sourse Temp()；Desolvation Temp ()；Gas Flow等參數(shù)值,并調整進樣探頭的

11、位置,使儀器達到最佳靈敏度。一般情況下, Capillary(kv)為2.53.5KV；Cone(V)為3050V；Sourse Temp()為80120度；Desolvation Temp ()150300度；Gas Flow為450650升/小時7. 調節(jié)分辨率，可通過調四極桿參數(shù)使儀器的分辨率與待測樣品相適宜。在Analyser項下，設定LM Resolution1； HM Resolution1；Ion Energy；Entrance；Collision；Exit等參數(shù)值。使靈敏度和分辨率均適宜，且儀器處于最佳工作狀態(tài)。8. 測定樣品。在內置蠕動泵上的注射器裝入被測樣品，（樣品配制方法

12、同高效液相色譜法的樣品配制）點擊Syinge Pump蠕動泵開始進樣。9. 點擊Acquire，輸入Data File Name、Founction、Start Mass、End Mass等參數(shù)，然后點擊Start開始正式采集質譜圖。10. 數(shù)據(jù)采集過程中的譜圖處理: 在Masslynx主菜單，點擊Chromatogram，進入Chromatogram窗口，點擊主菜單欄“Display”，選“Real-Time update”，出現(xiàn)實時監(jiān)測的總離子色譜圖，右鍵拉|，將這一時間的質譜圖迭加并顯示在質譜圖窗口中. 在質譜圖窗口中, 可以對譜圖進行Smooth(平滑)，Subtract（扣底），Ce

13、nter（棒圖）等處理，點擊主菜單欄“File”選“Print”，即可打印報告。11. 取出注射器，倒出樣品并清洗干凈。12. 儀器關機：在MS Tune窗口中,將Desoluration Temp(ºC) 降至室溫。點擊Press for Standby，API gas，關閉高壓和氣源。13. 點擊主菜單欄“Options”選“Vent”，使儀器放真空，待放真空后關質譜儀電源，依次關閉計算機主機、顯示器、打印機。六、實驗數(shù)據(jù)處理1. 對不同的Cone電壓下的譜圖進行分析；2. 判別分子離子峰，以確定相對分子質量；3. 根據(jù)同位素峰的個數(shù)、質荷比和相對強度指出分子及碎片離子中是否含氯或溴等特殊元素，以及含幾個這樣的原子。七、注意事項1. 所用溶劑均需為色譜純且過濾。 2. 機械泵的油面宜在2/3處，泵長期運作時每周需擰開灰色振氣旋鈕(56圈)進行半小時振氣，使油內的雜物排出, 然后再擰緊該旋鈕。